天然海相中间沉积土性质研究.pdf

第3 4 卷第5 期中国矿业大学学报 V 0 1 ．3 4N o ．5 2 0 0 5 年9 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g yS e p ．2 0 0 5 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 5 0 5 0 6 6 4 0 4 天然海相中间沉积土性质研究 石名磊，刘建华，赵俊 东南大学交通学院，江苏南京 明 2 1 0 0 9 6 摘要天然沉积物中存在主要由粉质土或粉细砂土含黏性土构成的中间土．通过系统的室内和 现场试验，明确了天然海相黏性土和天然海相中间土之间性质的不同．天然中间土天然含水量与 液限之比几乎与软质天然海相黏土相似，但是前者相对后者的灵敏度和现场强度更高．粒度分布 对锥尖阻力有显著的影响．由于高灵敏度和相对大的渗透性，试样的扰动更加显著地影响了天然 海相中间土的力学参数．无侧限抗压强度试验，显著低估了天然海相中间土的强度，而简易三轴 固结再压缩剪切试验相对无侧限抗压强度q 。试验有显著的改善． 关键词粒径分布；液限；天然海相中间土；锥尖阻力；室内强度 中图分类号P7 3 6文献标识码A R e s e a r c ho nB e h a v i o ro fN a t u r a lM a r i n eI n t e r m e d i a t eD e p o s i t s S H IM i n g l e i ，L I UJ i a n g h u a ，Z H A OJ u n m i n g T r a n s p o r t a t i o nC o l l e g e ，S o u t h e a s tU n i v e r s i t y ，N a n j i n g ，J i a n g s u2 1 0 0 9 6 ，C h i n a A b s t r a c t C o a s t a ls t r u c t u r e sm a ye n c o u n t e rn a t u r a lg r o u n dc o m p o s e do fi n t e r m e d i a t es o i l s ，w h i c h m a i n l yc o n s i s to fs i l t ys o i l sa n df i n es a n d ys o i l s ．E x t e n s i v ef i e l da n dl a b o r a t o r yt e s t sw e r ep e r f o r m e d o nt h en a t u r a lm a r i n ei n t e r m e d i a t es o i l st om a k ec l e a rt h ed i f f e r e n c ei nb e h a v i o rb e t w e e nn a t u r a l m a r i n ec l a y e ys o i l sa n dn a t u r a lm a r i n ei n t e r m e d i a t es o i l s ．T h en a t u r a li n t e r m e d i a t es o i l sh a v ea l m o s t t h es a m er a t i o so fn a t u r a lw a t e rc o n t e n tt ol i q u i dl i m i ta st h o s eo ft h es o f tn a t u r a lm a r i n ec l a y s ，b u t t h ef o r m e rh a v em u c hh i g h e rt h ei n s i t us t r e n g t ha n ds e n s i t i v i t yt h a nt h el a t t e r ．G r a i ns i z e d i s t r i b u t i o na f f e c t ss i g n i f i c a n t l yf i e l dt i pr e s i s t a n c e ．T h em e c h a n i c a lp a r a m e t e r so fn a t u r a lm a r i n e i n t e r m e d i a t es o i l sa r ea l s os i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db ys a m p l ed i s t u r b a n c ed u et oh i g hs e n s i t i v i t ya n d r e l a t i v e l yl a r g ep e r m e a b i l i t y ．U n c o n f i n e dc o m p r e s s i o ns h e a r t e s t ss e r i o u s l yu n d e r e s t i m a t et h e s t r e n g t h o fn a t u r a lm a r i n ei n t e r m e d i a t es o i l s ．T h et r i a x i a le q u i v a l e n t l y i n ～s i t uc o n s o l i d a t e d c o m p r e s s i o ns h e a rt e s t si m p r o v em u c ht h e 吼t e s t s ． K e yw o r d s g r a i ns i z ec o n t r i b u t i o n ；l i q u i dl i m i t ；n a t u r a lm a r i n ei n t e r m e d i a t es o i l s ；t i pr e s i s t a n c e ； l a b o r a t o r ys t r e n g t h 天然沉积饱和土一般分为粗粒土和细粒土2 类，分别为处于排水状态的砂性土和处于不排水状 态的黏性土．但是，自然界中天然沉积物，大量存在 粉土或粗粒土中含有细粒土，这类界于上述两者之 间的土，具有特殊的性质．鉴于此，本文将这类土称 之为中间土．有的学者[ 1 - 4 ] 认为，渗透系数k 分布在 1 0 _ 3 ～1 0 _ 7c m ／s 时，地基性质随着k 的改变而发 生急剧改变；但当忌 1 0 - 3c m ／s 时，由于土体处于完全排 水状态，地基的性质同样不随k 变化而改变．现场 力学特性和室内力学性质的不同，主要是土样扰动 收稿日期2 0 0 5 一0 3 2 0 基金项目江苏省交通科学研究计划项目 0 2 Y 0 1 5 作者简介石名磊 1 9 6 2 一 ，男，山东省惠民县人，副教授，博士，主要从事岩土工程方面的研究 E m a i l m i n g l e i s h 2 6 3 ．n e t T e l 0 2 5 8 3 7 9 5 2 2 3 万方数据 第5 期石名磊等天然海相中间沉积土性质研究 引起．针对试样扰动对力学性质的影响研究，过去 主要集中在不排水状态下的天然海相黏性土，而针 对上述天然海相中间土的性质研究相对较少． 本文通过试验研究，分析了天然海相中间土和 天然海相黏性土之间性质的不同．通过研究粒度分 布对锥尖阻力的影响[ s - 6 3 ，说明了原位试验参数与 天然海相土的室内力学性质的关系．同时，初步探 讨了试样扰动对天然海相中间土力学性质的影响． 1试样和物理性状 在长江口北岸南通地区通启高速公路沿线，选 择了4 个典型场址，共钻探1 3 个深度2 3m 的钻 孔，并采用活塞薄壁取土器获取不扰动土样．天然 地基由粉质土或细砂含少量黏性土组成，典型粒度 沿深度的分布曲线见图1 ．地基土体天然含水量御 为2 0 ％～4 0 ％，一般界于液限和塑限之间，见图2 ． 长江口北岸海相沉积物一般位于塑性图A l i n e 下 方，但有机质含量 1 ．2 ％，烧失量 2 0 ％ 相对高时，砂粒含量相对较低．0 ．5m 深度的表层土锥尖阻力变化相对大，可能与表面外 万方数据 中国矿业大学学报 第3 4 卷 原位静力触探锥尖阻力／M P a O51 01 52 0 5 ／j 曼1 0 趟 墅1 5 螺 2 0 2 5 3 0 图6 锥尖阻力随深度分布 F i g ．6 D i s t r i b u t i o n so ft h ei n s i t ut i p r e s i s t a n c ea l o n gt h ed e p t h 5 轧／M P a 或者颗粒含量／％ 02 04 06 08 01 0 0 5 1 0 曼 冀1 5 2 0 2 5 3 0 图7 锥尖阻力和粒度分布关系 F i g ．7 R e l a t i o n sb e t w e e nt i pr e s i s t a n c ea n d g r a i ns i z ed i s t r i b u t i o n sf o rS i t eA 壳层相对干燥有关．随着细砂含量增加，锥尖阻力 急剧地增大；随着黏粒的增加，锥尖阻力急剧地减 小．以上结果表明，天然中间土的锥尖阻力受粒度 分布的影响很大． 连云港天然沉积黏性土和本文研究的天然沉 积中间土锥尖阻力的对比分析见图8 ．连云港黏土 天然含水量的变化范围为4 5 ％～7 5 ％，比中问土 的高．但是前者的归一含水比L w ／r o L 几乎与后 者的相同，L 一0 ．7 5 ～1 ．0 ．但是，中间土的锥尖阻 力约为天然黏性土的1 5 倍．文献E 9 ] 指出重塑土的 ，锥尖阻力／M P a O 5 曼1 0 蜊 蟥 1 5 2 0 2 5 图8 天然中间土和天然黏土锥尖阻力比较 F i g ．8C o m p a r i s o no ft i pr e s i s t a n c e sb e t w e e nn a t u r a l i n t e r m e d i a t es o i l sa n dn a t u r a lc l a y s 不排水强度和天然含水量与液限之比之间有一个 独特关系，即天然中间土重塑不排水强度与连云港 天然黏性土相似，并且由于渗透性相对较大，天然 中间土残余有效应力与有效自重应力之比相对一 般天然黏性土的明显偏小．因此，可以得出前者的 灵敏度大约是后者的1 5 倍，试样的扰动对天然中 间土的影响比黏性土的大． 2 ．3 室内强度试验 图9 ～1 1 为天然中间土不扰动土样的室内无 侧限抗压强度试验和三轴固结不排水压缩试验结 果．无侧限抗压强度试验表明，大多数吼小于1 0 0 k P a ，与天然软黏土相差不大[ 6 ’1 2 ] ，室内试验强度特 征较低，见图9 ．这一室内试验结果与原位静力触 探试验成果较高相矛盾，如图6 所示．同时，天然中 间土的 吼／2 ／p 。。大多小于O ．2 ，低于正常固结历 史的天然沉积土的0 ．2 ～0 ．4L 1 ”1 1 ] ．上述结果表明 q 。试验的原状样受到明显的取样和处理的扰动．无 侧限抗压强度的大多数破坏应变大于8 ％，而高质 量天然沉积黏性土的q 。为1 ％～3 ％[ 3 ’6 ’1 0 ] ，这一结 果进一步证明了试样扰动的影响 见图1 0 ．因此， 无侧限抗压强度低估了天然中间土的原位不排水 强度． 9 0 8 0 7 0 日6 0 窘5 0 j4 0 3 0 2 0 1 0 0 有效上覆压力／’k P a 图9 无侧限抗压强度与有效上覆压力关系 F i g ．9R e l a t i o n s h i pb e t w e e nq 。a n d 户。o 图1 0 无侧限抗压强度试验破坏应变 F i g ．10 F a i l u r es t r a i n so fq 。t e s t s 三轴压缩强度S 。。采用文献[ 1 0 ] 和文献[ 1 1 ] 提 出的简单再压缩三轴试验法取得．试验成果表明， 三轴压缩强度5 。。和垂直有效上覆压力的关系，参 万方数据 第5 期石名磊等天然海相中间沉积土性质研究 6 6 7 见图1 1 ．大多数％／声加为0 ．2 ～0 ．4 ，说明简单三轴 固结不排水强度试验相对天然中间土的无侧限抗 压强度试验有了显著的改进．该方法可以用于进一 步研究天然海相中间土的特性，如建立原位锥尖阻 力和室内强度的关系、考虑渗透系数或部分排水通 道对天然海相中间土强度的影响、定量估计试样扰 动对天然海相中间土力学参数的影响等． 有效上覆压力／k P a 图1 1三轴压缩强度与垂直有效上覆压力的关系 F i g ．11R e l a t i o n s h i pb e t w e e nt r i a x i a lc o m p r e s s i o n s t r e n g t hS 。ca n de f f e c t i v eo v e r b u r d e np r e s s u r eP 。 3 结论 1 由粉质土或含少量黏土的细砂性组成的天 然海相中间土的天然含水量接近液限，与中灵敏度 的天然黏性土相似，但却具有与天然含水量相对较 低接近塑限的硬黏性土相似的很高的锥尖阻力，一 般达到2M P a 以上． 2 天然中间海相中间土的锥尖阻力受粒度分 布的影响，随着黏粒含量的增加，锥尖阻力显著降 低；随着细砂含量的增加，锥尖阻力着显著增加．最 大可以超过1 0M P a ． 3 同样的天然含水量与液限之比时，天然海 相中间土相对天然黏性土，具有更高的灵敏度，约 高出1 5 倍． 4 取样和地基处理时，天然海相中间土的土 结构容易受破坏．由于高灵敏度和相对大的渗透系 数，以及力学参数受土样扰动的影响，无侧限抗压 强度试验宜低估天然海相中间土的原状强度．简易 三轴固结压缩试验改进了无侧限抗压强度试验，强 度试验成果更具代表性． 参考文献 [ 1 ]H o h zRD ，J a m i o l k o w s k iM ，L a n c e l l o t t aR ．L e s s o n s f r o mo e d o m e t e rt e s t so nh i g hq u a l i t ys a m p l e s [ J ] ． J o u r n a l o fG e o t e c h n i c a la n dG e o e n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g ，1 9 8 6 ，1 1 2 G T 8 7 6 8 7 7 6 ． [ 2 ] S h o g a k iT ．Am e t h o df o rc o r r e c t i n gc o n s o l i d a t i o n p a r a m e t e r sf o rs a m p l ed i s t u r b a n c eu s i n gv o l u m e t r i c s t r a i n [ J ] ．S o i l sa n dF o u n d a t i o n s ，1 9 9 6 ，3 6 3 1 2 3 1 3 1 ． [ 3 ] L i uH ，H o n gZ ．E f f e c to fs a m p l ed i s t u r b a n c eo n u n c o n f i n e dc o m p r e s s i o ns t r e n g t ho fn a t u r a ls o i l s [ J ] ． C h i n aO c e a nE n g i n e e r i n g ，2 0 0 3 ，1 7 3 4 0 7 4 1 6 ． [ 4 ] 于广云，夏军武，盛平，等，扰动土性状研究及在 环境治理工程中应用[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 4 ， 3 3 6 6 3 1 6 3 4 ． Y uGY ，X i aJW ，S h e n gP ，e ta 1 ．R e s e a r c ho n d i s t u r b e ds o i la n di t sa p p l i c a t i o ni ne n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y ，2 0 0 4 ，3 3 6 6 3 1 6 3 4 ． [ 5 ] 魏汝龙．土样扰动对室内强度的影响[ J ] ．水运工程， 1 9 8 2 4 5 2 5 6 ． W e iRL ．E f f e c t so fs a m p l ed i s t u r b a n c eo nl a b o r a t o r y s t r e n g t h [ J ] ．P o r t ＆W a t e r w a yE n g i n e e r i n g ，1 9 8 2 4 5 2 5 6 ． [ 6 ] H o n gZ ，O n i t s u k aK ．Am e t h o do fc o r r e c t i n gy i e l d s t r e s sa n dc o m p r e s s i o ni n d e xo fA r i a k ec l a y sf o r s a m p l ed i s t u r b a n c e [ J ] ．S o i l sa n dF o u n d a t i o n s ，1 9 9 8 ， 3 8 2 2 11 - 2 2 2 ． [ 7 ] B u r l a n dJB ．O nt h ec o m p r e s s i b i l i t ya n ds h e a rs t r e n g t ho fn a t u r a lc l a y s [ J ] ．G e o t e c h n i q u e ，1 9 9 0 ，4 0 3 2 9 3 7 8 ． [ 8 ] N a k a s eA ，K u s a k a b e0 ，N o m u r aH ．Am e t h o do f c o r - r e c t i n g u n d r a i n e ds h e a r s t r e n g t h f o rs a m p l e d i s t u r b a n c e [ J ] ．S o i l sa n dF o u n d a t i o n s ，1 9 8 5 ，2 5 1 5 2 6 4 ． [ 9 ] H o n gZ ，L i uH ，N e g a m iT ．R e m o l d e du n d r a i n e ds t r e n g t ho fs o i l s [ J ] ．C h i n aO c e a nE n g i n e e r i n g ，2 0 0 3 ， 1 7 1 1 3 3 1 4 2 ． [ 1 0 ] T s u c h i d aT ，M i z u k a m iJ ，M o r iY ，e ta 1 ．N e wm e t h o df o rd e t e r m i n i n gu n d r a i n e d s t r e n g t h o fc l a y e y g r o u n db ym e a n so fu n c o n f i n e dc o m p r e s s i o nt e s ta n d t r i a x i a lt e s t r J ] ．R e p o r to fP o r ta n dH a r b o rR e s e a r c h I n s t i t u t e ，1 9 8 9 ，2 8 3 8 1 1 4 5 ． [ 1 1 ] T s u c h i d aT ，T a n a k aH ．E v a l u a t i o no fs t r e n g t ho f S O f tc l a yd e p o s i t s [ J ] ．R e p o r to fP o r ta n dH a r b o r R e s e a r c hI n s t i t u t e ，1 9 9 5 ，3 4 1 3 - 3 7 ． r 12 ] H a n z a w aH ，A d a c h iK ．O v e r c o n s o l i d a t i o no fa l l u v i a l c l a y s [ J ] ．S o i l sa n dF o u n d a t i o n s ，1 9 8 3 ，2 3 4 1 0 6 一 ] 】8 ． 责任编辑骆振福 万方数据